DE1765401A1

DE1765401A1 - Metallgeschuetztes elektrisches Kabel

Info

Publication number: DE1765401A1
Application number: DE19681765401
Authority: DE
Inventors: Schelton Jun Charles F
Original assignee: Cerro Corp
Current assignee: Marmon Group Inc
Priority date: 1967-05-16
Filing date: 1968-05-13
Publication date: 1971-07-22
Also published as: GB1225368A; FR1562741A

Description

DR. EULE DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

8 MÜNCHEN 2. HILBLESTRASSE 2O

• Dr. EuU Df. Br₈ Dipl.-Ing. Stopf. 8 MOnchen 2, HilbleitroS« 20 ·

υ™., z.id,.„ Vl/Kr 17 170 γ*,,™

13, Mai 1968

Anwaltaakten Nr. 17 170

Oerro Oorporation New York, N. Y. , USA

HetallgesohUtztea elektrisches Kabel

Die Erfindung bezieht sich auf elektrisches Kabel und insbesondere auf mit anorganischem Material isoliertes elektrisches Kabelι welches im Verhältnis zu der durch es

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übertragbaren Leistung klein, leicht und biegsam ist und das zugleich in einer Umgebung von 54O⁰O und darüber betrieben werden kann.

Bei den strengen Anforderungen der Luftfahrttechnik, die bei ÜberSchalltransportflugzeugen, die mit dreifacher Schallgeschwindigkeit fliegen, zu erwarten Bind, besteht ein Bedarf für ein flexibles Kabel, welches einen kleinen Durchmesser aufweist, leicht ist, 600 Volt oder mehr zu führen vermag und in der Umgebung von Strahltriebwerken von 54-O⁰C und darüber verwendet werden kann.

Außerdem wird die im neuen Zeitalter der Flugzeugkonstruktion zu erwartende Umgebung auch ein elektrisches Kabel erfordern, welches luftdicht verschlossen und falls gewünscht mit Druckgas gefüllt werden kann, das einen für Flüssigkeiten und Gase undurchlässigen Außenmantel hat und ein Mindestmaß an Zerstörung der isolierenden Schicht oder Schichten unter der äußeren Metallschutasohicht oder den Metallschutzschichten duroh Scheuern während Vibrationsund Biegungsbedingungen aufweist.

Im Hinblick auf das vorher Gesagte war ein neues und verbessertes elektrisches Kabel erforderlich. Die Erfindung sohafft ein solches neues und verbessertes Kabel dadurch,

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daß sie eine oderjmehrere anorganische Isolierschichten benutzt, die um einen metallischen Leiter aus entweder mehradrigem oder vollem Metall angeordnet sind und über welchen ein enganliegender Metallmantel angeordnet ist, welcher die Bewegung der Schicht oder Schichten zwischen dem Leiter und den Hantel beschränkt.

In der bevorzugten Ausfuhrungsforin der Erfindung ist der Metallmantel aus einem Material, welches weichgeglüht werden kann, ohne dabei die darunter liegende Isolation zu zerstören. Es ist sehr wünschenswert, daß der Mantel, der über der Isolation durch Kaltformtechnik geformt wird, bei Temperaturen unter 65O⁰G weichgliihbar ist, um die Flexibilität oder Plastizität des Mantels zu erhöhen. Bekanntlich werden Metalle bei Kaltumformung einer erheblichen Beanspruchung unterworfen, die zum Verlust der Plastizität führt. Ein Metallmantel, der bei Temperaturen unterhalb 650 G weichgeglüht werden kann, ist deshalb sehr vorteilhaft, wenn anorganische Materialien wie Glimmer, Glas, Quarz, Asbest usw. umhüllt werden sollen, damit die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der unter dem Man_T tel liegenden Isolation nicht ernstlich verschlechtert werden. Aus diesem Grunde weist der Metallmantel der bevorzugten Ausführungsform einen ITickelgehalt vorzugsweise von mindestens 99,90$ bis 99.99$ und höchstens 0,10$

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Verunreinigungen auf.

Man hat festgestellt, daß der bevorzugte Metallmantel bei Temperaturen unterhalb 65O°C weichglühbar iet und daß die physikalischen und elektrischen Eigenschaften der darunterliegenden Isolation bei solcher "Weiehglülmng nicht zerstört werden. Obgleich die Verwendung von anderen Materialien für den Mantel vorgeschlagen worden ist, so hat man doch festgestellt, daß Bronze - und Kupfermäntel wegen ihrer Oxidation bei niedrigen Temperaturen den Anforderungen der bevorzugten Ausführungsform nicht genügen. Es ist ferner festgestellt worden, daß Aluminiummäntel nicht die erforderliche Zugfestigkeit bei hohen Temperaturen besitzen· Es ist weiter festgestellt worden, daß Mäntel auß Stahl, nichtrostendem Stahl und andere Nickelmäntel mit einem niedrigeren Nickelgehalt Weichglühtemperaturen von über 760 G erfordern, bei welchen die Eigenschaften der darunter liegenden anorganischen Isolierung ernstlich verschlechtert würden. Außerdem hat man festgestellt, daß andere Nickelmäntel, die einen niedrigeren Nickelgehalt aufweisen, allgemein zu spröde sind oder andere unerwünschte Eigenschaften besitzen.

Aus den vorstehenden Gründen ist ein Mantelmaterial gewählt worden, von welchem man festgestellt hat, daß es die

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-¹ - ^RtGlNAL

' ,J

Eigenschaften gewährleistet, welche den oben angeführten

■/ strengen Anforderungen genügen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein neues und verbessertes elektrisches ^-abel zu schaf/sn»

Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung _t ein neues und verbessertes elektrisches Kabel zu schaf/sn, welches Betriebstemperaturen von 54O⁰O und darüber standhält und dabei flexibel bleibt. /

line noch speziellere Aufgabe der s/iindung ist es, ein neues und verbessertes elektrisch/S Kabel von kleinem Durchmesser und niedrigem G-ewicbt' zu schaffen, welches hermetisch verschlossen und, Jfr&ls gewünscht, mit Druckgas

■ /y

gefüllt werden kann, und be^vibrations- oder Biegungsbe-

Cn Mindestmaß &>/ Zerstörung der unter der

//
äußeren Schutzschicht Il4^enden Isolierschicht oder der

/
Isolierschichten durchscheuern erfährt.

Weitere Aufgab ex,'und Vorteile der Erfindung werden zum 'X'eil aus der Bes^creibung offensichtlich sein und zum Teil werden si«,^; sich aus ihr ergeben.

Dementsprechend schafft die Erfindung ein lirzeu^nis, welches die Merkmale, Eigenschaften und Beziehung der Elemente besitzt, wie sie in der nachstehenden Beschreibung zweier AusfUhrungBbeispLele dargelegt sind. Der Gegenstand der Erfindung ist in den Ansprächen aufgezeigt.

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besseren Verständnis dee Wesens und der Ziele der Erfindung werden nun bevorzugte Auefü&rungeformen an Hand der Zeichnungen beschrieben*

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein elektrisches Kabel gemäß der Erfindung im vergrößertem Maßstab;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Fig. 1, wobei aufeinanderfolgende Schichten weggeschnitten sind, um die Konstruktion zu zeigen;

Figo 3 ist ein Querschnitt durch eine andere Aueführungeform gemäß der Erfindung in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Fig. 3_t wobei aufeinanderfolgende Schichten weggeschnitten sind, um die Konstruktion zu zeigen; und

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Maschine zum Formen des Kabels gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 und 2 gezeigte elektrische Kabel gemäß der Erfindung besitzt einen metallischen Leiter 10, der vieladrig oder aus vollem Metallmaterial sein kann. Um den Hochtemperatur-Anforderungen <\emäß der Erfindung zu ge—

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nügen, wird der leiter 10 vorzugsweise aus den folgenden Materialien gewählt: Nickelplattiertes Kupfer, nickelplattiertee Silber, mit nichtrostendem Stahl^plattiertes Kupfer, Rhodium, Hickel-Eisen-Kupfer, nickelplattiertes Aluminium und Thermoelement-Leiter wie Ohromel-Alumel (Warenzeichen) sowie eine Kombination von diesen. Unmittelbar um den Leiter 10 herum kann eine Schicht 11 aus anorganischem hoeh-temperaturfestem Material allein oder in Kombination mit einer zweiten oder mehreren Isolierschichten aus anorganischem Material benutzt werden.In der bevorzugten Ausführungsform enthält die Schicht 11 Glas mit Glimmer, der durch organische Klebstoffe mit dem ersteren verbunden ist. Das Glas ist vorzugsweise die handelsübliche E-Qualität (Ε-grade glass)» Die Schicht 12 enthält vorzugsweise eine Umflechtung oder Umwicklung ebenfalls aus Glas der E—Qualität, welches von der Firma Owens Coming Glass Company bezogen werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Glimmer-Glas-Gemisch benutzt, um die ausgezeichneten dielektrischen Eigenschaften des Glimmers auszunutzen. Palis gewünscht, können natürlich statt der Schichten 11 und 12 eine oder mehrere Schichten aus anorganischem Isoliermaterial verwendet werden. Hier kommen Glas, Glimmer, Quarz, Asbest, Kaliglas (leached glass) borfreies Glas, Bor-Kohlenstoff-Glas oder einer Kombination von diesen in Frage. Die Schichten 11 und 12 können in der Form eines Bandes, einer Hülse oder eines Geflechts

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sein, solange sie den Leiter 10 umgeben. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Gesamtdicke der Schichten 11 und 12 vorzugsweise 0,075 mm bis etwa 25 mm, obwohl für einen flexibleren Draht die G-esamtdicke der Schichten 11 und 12 zusammen im Bereich von 0,075 bis 0,75 mm bevorzugt wird.

der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schicht 11 in der Form eines Bandes um den Leiter Io herum gewickelt und dann mit einem Glasgeflecht bedeckt. Daraufhin wird eine Länge des derart isolierten Leiters für vorzugsweise 24- Stunden in einen Ofen bei 427°0 eingelegt, um die organischen Klebstoffe, die den Glimmer mit dem Glas der Schicht 11 verbinden, zu oxidieren und ferner, um die Stärke-Öl-Bindemittel aus dem Glas der Schichten 11 und 12 zu entfernen. Werden diese organischen Stoffe nicht oxidiert, so würde die Benutzung des Kabels bei höheren Temperaturen Oxidation hervorrufen und schließlich infolge der Gasbildung den'verschlossenen Metallmantel 13 zerreißen. Die Glasgeflechtschicht 12 ist in der bevorzugen Ausführungsform deshalb verwendet, um die Glas-Glimmer-Schicht 11 physisch zusammenzuhalten, welche im oxidierten Zustand die Form von Flocken und Plättchen hat, die abblättern würden.

In Figo 5 ist eine Maschine zum Aufbringen der metalli-

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sehen Mantelsohicht 13 schematisch dargestellt»

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach FIg₀ 5 ist wie folgtt Der Kabelkern zu dem der Leiter 10 und die Schichten 11 und 12 gehören, wird bei 14- eugeführt und ein Metallstreifen 15 wird von einem Vorrat 16a gespeist_o Der Metallstreifen ist vorzugsweise entfettet und in sauberem Zustand. Der Metallstreifen 15 tritt dann durch ein oder mehrere Formwerkzeuge 16c hinduroh und wird anschließend durch eine Schweißvorrichtung 16d stumpf zusammengeschweißt« Dae so geformtt Mantelkabel wird dann durch eine Wellvorrichtung I6e geführt und auf einen Auflaufhaspel 16f aufgewickelt.

Der Metallmantel gemäß der Erfindung kann je nach Wunsch glatt oder gewellt sein. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Metallmantel im wesentlichen zur Gänze aus Hickel mit einem Nickelgehalt von 99»90$ oder mehr und mit anderen Spurenelementen, die die Eigenschaften des Metalls nicht beeinträchtigen. Ein Beispiel solchen Nickels ist Hickel 270, welches von der Huntington Alloy Products Div. der International Nickel Co. Inc. in Huntington, West-Virginia erzeugt wird.

Hachdem das Kabel auf die mit bezug auf Fig. 5 beschriebene

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Weise geformt worden ist, wird es vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 627°0 für annähernd 24 Stunden geglüht, um die Plastizität und Flexibilität des kaltverfeatigten äußeren Metallmantels wieder herzustellen.

Wie man sieht, ist die Länge der fertigen KabeXanordnung nur durch die Länge der Grundisolation und die Länge des darunterliegenden Leiters bestimmt. Bei Verwendung der in bezug auf Fig. 5 beschriebenen Technik liegt der äußere Metallmantel eng an der Grundisolierschicht 12 an, so daß Zerstörung der Grundisolation durch Scheuern während Vibrations- oder Biegungsbedingungen im wesentlichen verhindert ist. Dies ist ein bedeutender Unterschied gegenüber der Verwendung eines Ärmels, wobei der Draht durch den Ärmel führt ο In einem solchen falle würde eine erhebliche Heibungebewegung zwischen der Grundisolation und der Innenfläche des Metallmantels entstehen, sollt· Aas Kabel Vibrationen unterworfen oder gebogen werden. Außerdem würde die erzeugbare Kabellänge bei Benutzung eines Ärmels statt der umwickelten Schicht gemäß der Erfindung begrenzt sein, da es für die Länge des Kabels, die durch einen enganliegenden Ärmel hindurchgezogen werden kann, praktische Grenzen gibt.

Figs. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsfora gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche

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Schicht 23 vorgesehen, die die Form einer nicht geschlossenen Hülse hat, die mittels der in bezug auf Fig. beschriebenen Technik geformt werden kann. Bs kann auch ein umgewickeltes metallisches Geflecht, welches um die Isolationsschichten spiralförmig gewickelt werden kann, oder eine gewebte metallische Umhüllung benutzt werden. Der-Zweck der Schicht 23 ist es, das Schweißen des äußeren Metallmantels in dem Falle zu erleichtern, wenn die darunter liegende anorganische Isolation, die im allgemeinen eine fasrige Beschaffenheit besitzt, eine bedeutende Menge von aus ihr hervorstehenden Fasern aufweist, die die Formung einer kontinuierlichen Stumpfschweißnaht verhindern wurden. Außerdem bildet diese metallische Umflechtung oder Umwicklung eine zusätzliche mechanische Stützschicht für die darunter liegende Isolation.

Im Kabel gemäß Fig. 3 ist ein metallischer leiter vorgesehen, der die gleichen Materialien enthalten kann, wie sie für den Leiter 10 angeführt wurden, oder, falls das Kabel bei tiefen Temperaturen verwendet werden soll, können sie Kupfer, Silber oder andere Metalle enthalten. Die Schichten 21 und 22 können das gleiche Material enthalten, wie sie in bezug auf die Schichten 11 und 12 angeführt wurden oder jede Kombination von denselben. Außerdem kann die Schicht 23 aus dem gleichen Material sein, wie es in bezug auf die Schicht 13 in der Ausführungsform nach

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Figs ο 1 iind 2 beschrieben ist, oder es kann einer der rostfreien Stählen der Typen Hr. 302 und 304 verwendet werden, welche die folgende Zusammensetzung haben«

Type Nr. %0£ ?Q4

Analyse in ja

Chrom 17,00-19»00 18,00-20,00

Nickel 8,00-10,00 8,00-11,00

Kohlenstoff über 0,08- 0, 20 0,08 max. Mangan 2,00 max. 2,00 max.

Silizium 1,00 max, 1,00 max.

Die Schicht 23 kann ferner aus einer Zusammensetzung von Legierungen gewählt werden, die von der Huntington Alloy Products Div. der International Nickel Company Inc., Huntington, West Virginia erzeugt werden (siehe folgende Tafel) :

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Legierung	Ni*	C-	Mn	Fe	S	Si	Cu	Al	Ti	» Ό I	...
Nickel 2oo	...99.5	.06	.25	" .15	..005	.05	.05			I	.04
Nickel 2ol	99.5	.01	.20	.15	.005	.05	.05	—	-
(a) Nickel 2o4	95.2	.03	.20	-05	.005	.02	.02	-		.Om I
Nickel 2o5	99.5	.06	.20	.10	.005	.05	.05	-	.02	.06
Nickel 211	95.0	.10	4.75	.05	.005	.05	.03	- -	-	.07
Nickel 22o	99.5	.06	.12	ί05	.005	.03	.03		.02	'-
Nickel 225	99.5	. .06	.13	.05	.005	.20	.03	-	.02	.35
Nickel 23o	•99.5	.09	.10	.05	.005	.03	.01	-	.002
Nickel 233	99.5	.09	.18	.05	.005	.03-	.03	-	' X03	—
Nickel 27o	99-99	,005	-	■ - .-		-	-	-	■ -	-
PERMANICKEL* Legierung 3oo	98.6	.25	.10	.10	.005	.06	.02	—	.50	—
DURANICKEL* Legierung 3ol	94.0	.15	.25	.15	.005	.55	• 05	4.50	.50	-
MONEL* [legierung 4oo	66.0	-.12	.90	1.35	.005	.15	31.5			-
MONEL Legierung 4ο4	55.0	.08	.05	.15	.005	.05	4,4.0	.02	—	-
MONEL Legierung R-4o5	66.0	.18	.90	1.35	.050	.15	31.5	-	mm	-
MONEL Legierung K-5oo	65.0	.15	.60	1.00	.005	.15	29-5	2.80	•'50
MONEL Legierung 5ol	65.0	.23	.60	1.00	.005	.15	29.5	2.80	.50
INCONEL* Legierung 6oo (b)	76.0	.OiJ	.20	7.20	.007	.20	.10	-	-
INCONEL Legierung X-75o (c)	73.0	.04	.70	6.75	.007	.30	.05	.80	2.i5O
NI-SPAN-C* Legierung 9o2 (d)	42.0	.02	.10	48.5'	.008	.50	.05	.65	2JlO

(Ni' = Nickel und Kobalt, außer Nickel 2o4 und Nickel 27o)

(a) - h.5% Kobalt

(b) - 15.8% Chrom

(c) - 15. οί Chrom und o,85JS Columbium (und Tantal)

(d) - 5.Ü% Chrom

(* s INCO Warenzeichen)

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Außerdem kann die metallische geschweißte Schicht 24 die gleichen Materialien enthalten, wie aie für die Schicht 23 benutzt werden. Im Falle der Pig. 3 kann die Dicke der Schicht 23 vorzugsweise zwischen O_tO13 und 0,076 mm liegen Die zur Verwendung bei i'ig. 3 angeführten Legierungen 23 und 24 sind hauptsächlich Chrom-Nickel-Legierungen oder im wesentlichen Nickel-Legierungen mit geringen Mengen an Mangan_f Eisen, Silizium, Schwefel, Titan, Kobalt und Kohlenstoff, oder Nickel-Kupfer-Legierungen mit Spurenmengen von Sisen, Hangan, Kohlenstoff, Silizium, Aluminium und Schwefel.

Man sieht also, daß die oben dargelegten Ziele einschließlich deren, die sich aus der vorausgehenden Beschreibung ergeben haben, wirkungsvoll erreicht sind. Da gewisse Änderungen an dem obigen Erzeugnis vorgenommen werden können, ohne dabei von dem Gedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen, soll all das, was in der vorausgehenden Beschreibung dargelegt und in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist, nur der Erläuterung und nicht der Beschränkung dienen.

Es versteht sich auch, daß die nachstehenden Ansprüche sich auf alle typischen und besonderen Merkmale der hler beschriebenen Erfindung sowie auf alle Aussagen hinsichtlich des Umfanges der Erfindung erstrecken sollen, von denen gesagt werden könnte, daß sie in diesen Umfang hineinfallen.

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Patentansprüche 109830/0636

Claims

Patentansprüche

1. Elektrisches Kabel mit einem elektrischen leiter und einer diesen umgebenden Grundisolation, dadurch gekennzeichnet, daß die G-rundisoiation aus anorganischem Material besteht, und daß ein das ganze umgebender Metallmantel vorgesehen ist.

2. Elektrisches Kabel zur Verwendung bei einer (Temperatur im Bereich von etwa 55O⁰C nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter hoch temperaturfest ist, und daß es einen die Grundisolation eng anliegend umgebenden Metallmantel hat, der mindestens 99»90% Nickel enthält.

3. Elektrisches Kabel gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel zusaimnengeschweißt ist.

4. Elektrisches Kabel gemäß Anspruch 2 oder 3_f dadurch gekennzeichnet, daß die Grundisolation aus Glas, Glimmer, Quarz oder Asbest oder einer Kombination von oder aus diesen besteht.

5. Elektrisches Kabel gemäß Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundieolation eine erste Schicht aus Glimmer und Glas und eine zweite Schicht aus Glas über der ersten Schicht besitzt.

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6. Elektrisches Kabel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter aus nickelplattiertem Kupfer, nickelplattiertem Silber, mit rostfreiem Stahl plattiertem Kupfer, Rhodium, nickelplattiertem Aluminium oder Nickel-Eiseh-Kupfer oder einer Kombination von oder aus diesen besteht.

7. Elektrisches Kabel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5» da- I) durch gekennzeichnet, daß der Metallmantel eine Sicke von 0,076 mm bis 0,76 mm aufweist.

8. Hermetisch verschließbares elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine um die Grundisolation angeordnete metallische Schicht besitzt, und daß es den Metallmantel an der metallischen Schicht eng anliegend trägt, wobei der Metallmantel über der metallischen Schicht zusammengeschweißt ist.

9. Kabel gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht eine Dicke von 0,013 bis 0,076 mm aufweist. -

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10. Kabel gemäß Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten mindestens 99»90 Prozent Nickel enthalten.

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